JPH08182211A

JPH08182211A - 組電池の充電装置

Info

Publication number: JPH08182211A
Application number: JP6322409A
Authority: JP
Inventors: Takeji Tanjiyou; 雄児丹上
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-26
Filing date: 1994-12-26
Publication date: 1996-07-12
Anticipated expiration: 2018-08-11
Also published as: JP3435613B2

Abstract

(57)【要約】【目的】過充電による電池の劣化を防止することが出来
ると共に通常の充電器による定電流・定電圧充電が可能
であり、かつ充電効率のよい組電池の充電装置を提供す
る。【構成】複数の二次電池を直列に接続した組電池１を定
電流・定電圧充電する充電器２と、上記複数個の二次電
池のそれぞれの端子電圧を検出する電圧検出手段３と、
上記電圧検出手段で検出した各二次電池の端子電圧のう
ち、最も高い電圧と最も低い電圧との電圧差を検出する
信号処理手段４と、上記組電池に流れる充電電流を検出
する電流検出手段５と、上記充電電流が上記電圧差に応
じて予め定められた値になった場合に充電終了と判断し
て充電を終了させるＣＰＵ６と、を備え、充電電流が上
記電圧差に応じて予め定められた充電終止電流になった
場合に充電を終了させる組電池の充電装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数個の二次電池を直
列に接続して用いる組電池の充電装置に関する。

【０００２】

【従来技術】電気自動車等においては、複数個の二次電
池を直列に接続した組電池が用いられる。このような組
電池においては、組電池を構成する各単電池の内部抵
抗、放電容量、劣化の程度などが異なるため、それぞれ
の単電池に印加される電圧は異なった値となる。そのた
め、充電終了期に近い定電圧充電期に、組電池全体には
定格の定電圧が印加されていても、早く満充電状態に達
した単電池には充電終止電圧以上の過電圧が印加され、
過充電状態となるおそれがある。一般に二次電池の場合
には、充電終止電圧を越えて過充電すると、寿命が低下
するが、特にリチウム電池のような非水系電解質二次電
池の場合にはその傾向が強い。上記の問題に対処するた
めの従来例としては、例えば、特開平５−３３６６７５
号公報に記載されたものがある。この装置は、組電池を
構成する複数の単電池のうち最も端子電圧の高い単電池
を基準として充電電流の制御を行なうことにより、過充
電による電池の劣化や破損を防止するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
においては、充電電流を制御するため、電流制御装置が
必要なので、通常の充電器による定電流・定電圧充電
（最初に定電流で充電を行ない、所定電圧に達した後は
定電圧充電を行なう方法）を行なうことが出来ない。そ
のため、通常の充電器を使用することが出来ないので、
充電装置全体を取り替える必要があるため費用が掛か
り、また、充電時に余分な電力を無駄に消費するように
なっているので、充電時の電力効率が悪いという問題が
あった。

【０００４】本発明は、上記のような従来技術の問題を
解決するためになされたものであり、過充電による電池
の劣化を防止することが出来ると共に通常の充電器によ
る定電流・定電圧充電が可能であり、かつ充電効率のよ
い組電池の充電装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては、特許請求の範囲に記載するよう
に構成している。すなわち、請求項１に記載の発明にお
いては、複数の二次電池を直列に接続した組電池を定電
流・定電圧充電する充電回路と、上記複数個の二次電池
のそれぞれの端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記
電圧検出手段で検出した各二次電池の端子電圧のうち、
最も高い電圧と最も低い電圧との電圧差を検出する電圧
差検出手段と、上記組電池に流れる充電電流を検出する
電流検出手段と、上記充電電流が上記電圧差に応じて予
め定められた値になった場合に充電終了と判断して充電
を終了させる制御手段と、を備えている。上記の構成
は、例えば後記図１の実施例に相当し、上記の各構成要
素は、例えば図１の下記の部分に相当する。すなわち、
組電池は組電池１に、充電回路は充電器２に、電圧検出
手段は電圧検出手段３Ａ、３Ｂに、電圧差検出手段は信
号処理回路４に、電流検出手段は電流検出手段５に、制
御手段はＣＰＵ６に、それぞれ相当する。また、電圧差
に応じて予め定められた値とは、例えば後記図４に示す
ような充電終止電流を意味する。

【０００６】また、請求項２に記載の発明においては、
上記制御手段が充電終了と判断した場合に出力される信
号によって上記充電回路を停止させるように構成してい
る。この構成は、例えば後記図１の実施例に相当する。
また、請求項３に記載の発明においては、上記充電回路
と上記組電池との間の充電経路にスイッチ手段を設け、
上記制御手段が充電終了と判断した場合に出力される信
号によって上記スイッチ手段をオフにするように構成し
ている。この構成は、例えば後記図２の実施例に相当す
る。また、請求項４に記載の発明においては、上記制御
手段は、上記電圧差が予め定められた所定値に達した場
合に報知信号を出力するものであり、かつ、上記報知信
号を表示する表示手段を備えるように構成している。こ
の構成は、例えば、後記図３の実施例に相当する。な
お、上記の報知信号は、劣化が進んだ単電池の交換、放
電容量の低下した単電池の個別充電などを知らせる信号
として利用することが出来る。また、請求項５に記載の
発明は、上記電圧差検出手段において、最も高い電圧と
全体の平均電圧との電圧差を検出するように構成したも
のである。

【０００７】

【作用】本発明は、各単電池の端子電圧のうち、最も高
い電圧と最も低い電圧との電圧差が単電池間のバラツキ
に対応することに着目してなされたものであり、上記電
圧差を検出し、充電電流が上記電圧差に応じて予め定め
られた値になった場合に充電を終了させるように構成し
ている。すなわち、定電圧充電期には、充電が進むにつ
れて充電電流は次第に低下するが、その値が上記電圧差
に応じて予め定められた値（充電終止電流）まで低下し
た場合に充電を終了させるものである。上記の充電終止
電流は、後記図４に示すように、電圧差が大きいほど、
すなわち単電池間のバラツキが大きいほど大きな値にな
るように設定している。したがってバラツキが大きいほ
ど充電電流が大きい間、すなわち早い時期に充電を終了
させることになる。そのため、各単電池間にバラツキが
生じた場合でも、早く満充電状態に達した単電池が過充
電されないうちに充電を終了することが出来るので、過
充電による電池の劣化を防止することが出来る。また、
過充電を行なわないので、無駄な電力を消費することが
なく、充電効率を向上させることが出来る。また、充電
装置の主要部となる充電回路として従来と同様の定電流
・定電圧充電器を用いることが出来るので、構成が簡略
で安価にできる。

【０００８】また、請求項３に記載の発明においては、
充電回路の外部にスイッチング手段を設けるので、充電
回路として通常の定電流・定電圧充電器をそのまま用い
ることが出来る。また、請求項４に記載の発明において
は、電圧差が所定値に達した場合に、報知信号を出力し
て表示手段で表示することにより、的確なタイミングで
各単電池の個別満充電を行なわせることが出来るので、
電池の寿命を向上させることが出来る。また、劣化して
特に電圧の低下した単電池の交換の目安とすることが出
来る。なお、上記の所定値は、例えば後記図８に示すよ
うに、充電電流に対応した値である。したがって、報知
信号を出力する電圧差と充電電流との関係を予め記憶し
ておき、そのときの充電電流の値から報知信号の出力を
判断するように構成すればよい。また、最も高い電圧と
最も低い電圧との電圧差ではなく、請求項５に記載のよ
うに、最も高い電圧と全体の平均電圧との電圧差に応じ
て充電終了を判断するように構成してもよい。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明
する。図１は本発明の第１の実施例のブロック図であ
る。図１において、１は組電池であり、１Ａ〜１Ｂから
なる各二次電池（以下、単に電池と記す）を直列に接続
したものである。なお、この実施例では単電池２個の場
合を例示したが、実際の電気自動車用組電池の場合には
数十個〜数百個の単電池を直列接続したものが用いられ
る。また、２は充電器であり、通常の定電流・定電圧充
電を行なう充電器を用いることが出来る。また、３Ａ、
３Ｂは各単電池の端子電圧を検出する電圧検出手段であ
る。このように電圧検出手段を各単電池ごとに別個に設
けたのは、各単電池が直列に接続されているため、基準
となる電位（各単電池のマイナス端子電位）が異なるこ
とによる。なお、組電池１のマイナス端子から各単電池
のプラス端子までの電圧と、一つ下位の単電池までの積
算電圧との差を求めるような回路を設けることによって
も各単電池の電圧を求めることが出来る。

【００１０】また、信号処理手段４は、電圧検出手段３
Ａ、３Ｂで検出した各単電池の端子電圧のうち、最も高
い電圧と最も低い電圧との電圧差を検出する。また、電
流検出手段５は、組電池に流れる充電電流を検出する。
そして上記の電圧差と充電電流の値はＣＰＵ６に送られ
る。ＣＰＵ６はメモリ６ａに電圧差と充電終止電流との
関係（例えば後記図４の特性）を予め記憶しておき、充
電電流が電圧差に応じた充電終止電流になった場合に充
電終了と判断する。ＣＰＵ６が充電終了と判断した場合
には、信号を充電器２に送り、充電器２を停止させる。
なお、充電器の停止は、電源スイッチをオフにする手段
等を上記の信号によって作動させればよい。なお、上記
のごとく最も高い電圧と最も低い電圧との電圧差に応じ
て充電終了を判断するのではなく、信号処理手段４で、
最も高い電圧と全体の平均電圧との電圧差を検出し、そ
れに応じて充電終了を判断するように構成してもよい。

【００１１】次に、図２は、本発明の第２の実施例のブ
ロック図である。この実施例は、充電器２から組電池１
への充電経路にスイッチ手段７を設け、ＣＰＵ６が充電
終了と判断したときに出力する信号でスイッチ手段７を
オフにし、それによって充電を終了させるようにしたも
のである。その他の構成、作用は図１の実施例と同様で
ある。

【００１２】次に、図３は、本発明の第３の実施例のブ
ロック図である。この実施例は、電圧差が予め定められ
た所定値（図８の特性）に達した場合に、ＣＰＵ６から
報知信号を出力し、表示部８でその報知信号（詳細後
述）を表示するように構成したものである。なお、表示
部８は、単に発光ダイオード等の発光装置を点灯しても
よいし、或いは液晶表示装置等によって電圧差の値を表
示するように構成してもよい。その他の構成、作用は図
１の実施例と同様である。

【００１３】次に、作用を説明する。図４は、ＣＰＵ６
のメモリ６ａに記憶した特性の一例を示す図であり、各
単電池の端子電圧のうち、最も高い電圧と最も低い電圧
との電圧差と、充電終止電流との関係を示す図である。
図４に示すように、充電終止電流は、電圧差が大きいほ
ど大きな値となる。したがって図１の回路では、上記の
電圧差が大きいほど充電を停止させる充電電流の値が大
きくなる。定電流・定電圧充電においては、初め所定の
電流で充電し、電池の端子電圧が所定値に達すると定電
圧充電に切り換える。定電圧充電状態になると、電池の
充電量が増加するに従って充電電流は次第に減少する
が、本発明においては、その充電電流の値が、上記の充
電終止電流まで低下したときに充電を終了するようにし
たものである。上記図４の特性から判るように、単電池
間の電圧差が大きいほど、すなわち単電池間のバラツキ
が大きいほど充電終止電流は大きくなるので、早く充電
が終了することになり、早く満充電に達した単電池に過
大な電圧が印加され、過充電されるのを防止することが
出来る。

【００１４】図５は、放電容量と充放電サイクル数との
関係を示す特性図であり、本実施例と従来装置の特性を
示す。この特性は、電池として負極に炭素材料を、正極
にＬiＣoＯ₂を用いたリチウムイオン電池を７個直列に
接続したものを用い、定電流・定電圧充電し、定電流放
電を繰り返した場合における充放電サイクル数と放電容
量（放電できる充電量）との関係を示したものである。
そして放電は１Ｃ（１時間で定格全容量を放電する電流
量）の電流値で端子電圧が１７.５Ｖ（＝２.５Ｖ×７）
に低下するまで行ない、充電は端子電圧が２９.４Ｖ
（４.２Ｖ×７）に達するまで１Ｃの電流値で定電流充
電し、その後は２９.４Ｖで定電圧充電したものであ
る。また、充放電サイクル試験の前に各単電池は４.２
Ｖまで満充電されており、放電容量のバラツキはないよ
うに設定してある。本実施例の場合は、図１の充電装置
を用いて、充電電流の値が電圧差に応じた充電終止電流
Ｉsまで低下したところで充電を終了したものであり、
従来装置の場合は、通常の充電器で、充電電流が０にな
るまで充電したものである。図５から判るように、本実
施例の場合は、従来装置よりも放電容量の低下が少なく
なっており、したがって充放電サイクル数も向上させる
ことが出来る。これは単電池間のバラツキが大きくなる
と、早めに充電を終了させるようにしているので、早く
満充電に達した単電池に過大な電圧が印加されて寿命が
劣化するのを防止することが出来るからである。

【００１５】また、本実施例の場合に、サイクル数が８
００の点で、段階的に放電容量が増加しているが、これ
は８００サイクル目に電圧差が所定値（前記の報知信号
を出力する値）に達したので、再び各単電池を個別に満
充電した後、充放電を継続したものである。このよう
に、電圧差が所定値に達した場合に、各単電池を個別に
満充電する操作を行なえば、放電容量を回復させ、かつ
サイクル寿命も向上させることが出来る。しかし、この
タイミングを間違えると、放電容量があまり回復しなか
ったり、電池自体の寿命が尽きてしまったりするので、
あまり効果が得られない。そのため、図３の実施例のよ
うに、電圧差が所定値に達した場合には、ＣＰＵ６から
報知信号を出力させ、表示部８で表示することにより、
的確なタイミングで各単電池の個別満充電を行なわせる
ことが出来る。なお、上記の所定値は、例えば後記図８
に示すように、充電電流に対応した値である。したがっ
て、報知信号を出力する電圧差と充電電流との関係を予
め記憶しておき、そのときの充電電流の値から報知信号
の出力を判断するように構成すればよい。また、上記の
報知信号が表示された場合には、上記のように各単電池
の個別満充電を行なわせる措置以外に、劣化して特に電
圧の低下した単電池の交換の目安とすることが出来る。

【００１６】次に、図６および図７は、本発明と従来装
置との充電特性を示した図であり、図６は図１の実施例
の特性、図７は従来装置の特性を示す。なお、充電条件
は前記図５の場合と同様である。したがって、実際には
７個の単電池に相当した７本の特性曲線が引かれるので
あるが、見安くするため、最も電圧の高い単電池（早く
満充電に達したもの）と最も電圧の低い単電池（劣化の
進んだもの）との２本のみを示している。他の５本は表
示した２本の間に入ることになる。また、前記のよう
に、組電池全体には２９.４Ｖ（４.２Ｖ×７）が印加さ
れるが、単電池間のバラツキに応じて、４.２Ｖ以上が
印加されるものと、４.２Ｖ未満の低い電圧が印加され
るものとが生じる。

【００１７】図６に示すように、本実施例の場合には、
充電電流が０になるまで充電を継続せず、電圧差に応じ
た充電終止電流になったところで充電を終了している。
したがって複数の単電池の端子電圧特性のうち、電圧の
高い方でも開放電圧で定格の４.２Ｖ以上になることが
なく、かつ過充電される時間も短くなる。そのため過充
電による劣化を防止することが出来る。それに対して、
図７に示す従来装置の場合には、充電電流が０になるま
で充電を継続するので、早く満充電になった単電池の電
圧は定格の４.２Ｖを越え、かつ充電電流が０になるま
で継続して過充電されるので、過充電による劣化が大き
くなる。

【００１８】なお、上記の実施例においては、図４に示
すように、電圧差のみに応じて充電終止電流を設定する
ように構成した場合を例示したが、電圧差の他に電池の
温度データを含めて充電終止電流を設定すれば、さらに
正確な制御を行なうことが出来る。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明において
は、各単電池の端子電圧のうち、最も高い電圧と最も低
い電圧との電圧差を検出し、充電電流が上記電圧差に応
じて予め定められた値になった場合に充電を終了させる
ように構成したことにより、各単電池間にバラツキが生
じても過大な電圧が印加されないうちに充電を終了する
ことが出来るので、過充電による電池の劣化を防止する
ことが出来る。また、過充電を行なわないので、無駄な
電力を消費することがなく、充電効率を向上させること
が出来る。また、充電装置の主要部となる充電器として
従来と同様の定電流・定電圧充電器を用いることが出来
るので、構成が簡略で安価にできる、という効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のブロック図。

【図２】本発明の第２の実施例のブロック図。

【図３】本発明の第３の実施例のブロック図。

【図４】充電終止電流と電圧差との関係を示す特性図。

【図５】放電容量と充放電サイクル数との関係を示す特
性図。

【図６】図１の実施例における充電特性を示す特性図。

【図７】従来装置における充電特性を示す特性図。

【図８】報知信号を出力する電圧差と充電電流との関係
を示す特性図。

【符号の説明】

１…組電池５…電流検出手段１Ａ、１Ｂ…単電池６…ＣＰＵ２…充電器７…スイッチ手段３Ａ、３Ｂ…電圧検出手段８…表示部４…信号処理手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の二次電池を直列に接続した組電池を
定電流・定電圧充電する充電回路と、上記複数個の二次電池のそれぞれの端子電圧を検出する
電圧検出手段と、上記電圧検出手段で検出した各二次電池の端子電圧のう
ち、最も高い電圧と最も低い電圧との電圧差を検出する
電圧差検出手段と、上記組電池に流れる充電電流を検出する電流検出手段
と、上記充電電流が上記電圧差に応じて予め定められた値に
なった場合に充電終了と判断して充電を終了させる制御
手段と、を備えたことを特徴とする組電池の充電装置。
【請求項２】上記制御手段が充電終了と判断した場合に
出力される信号によって上記充電回路を停止させるよう
に構成したことを特徴とする請求項１に記載の組電池の
充電装置。
【請求項３】上記充電回路と上記組電池との間の充電経
路にスイッチ手段を設け、上記制御手段が充電終了と判
断した場合に出力される信号によって上記スイッチ手段
をオフにするように構成したことを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の組電池の充電装置。
【請求項４】上記制御手段は、上記電圧差が予め定めら
れた所定値に達した場合に報知信号を出力するものであ
り、かつ、上記報知信号を表示する表示手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
組電池の充電装置。
【請求項５】上記電圧差検出手段は、最も高い電圧と全
体の平均電圧との電圧差を検出するものである、ことを
特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の組電
池の充電装置。